Uma equipa de astrónomos, liderada pela Universidade de Warwick em colaboração com investigadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology) e da Universidade McMaster, desenvolveu um método inovador para utilizar as propriedades dos anéis de poeira em torno das estrelas para estimar as massas de planetas recém-formados. Publicada na revista The Astrophysical Journal, esta investigação oferece aos astrónomos uma nova maneira de localizar e caracterizar planetas que se encontram demasiado imersos no seu ambiente natal para serem observados diretamente.

Os planetas formam-se em discos giratórios de gás e poeira que rodeiam as estrelas jovens. Novos e potentes telescópios, como o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), revelaram que muitos destes discos protoplanetários contêm impressionantes estruturas em forma de anel. Há muito que se suspeitava que estas fossem pistas para os planetas que potencialmente orbitam dentro dos discos, mas até agora métodos robustos para as interpretar revelavam-se difíceis de encontrar.

"Estes anéis brilhantes não são apenas estruturas bonitas - são essencialmente impressões digitais planetárias", afirmou a autora principal, Amena Faruqi, estudante de doutoramento do Grupo de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Warwick. "Há muito que compreendemos que os anéis podiam ser criados a partir de poeira concentrada que se acumula logo a seguir à órbita de planetas jovens e embebidos, mas até agora não conseguíamos associar as características destes anéis às massas dos planetas".

"Ao 'ler entre os anéis', descobrimos agora uma forma de reconstruir as massas dos planetas que criam os anéis, mesmo quando esses planetas são demasiado ténues ou estão demasiado imersos para serem observados diretamente".

A equipa de investigação utilizou simulações computacionais detalhadas para determinar como planetas de diferentes massas moldam os anéis de poeira à sua volta. Descobriram que a largura de um anel, a localização do seu ponto mais brilhante e a quantidade de poeira que contém apresentam, todas elas, sinais reveladores do planeta responsável.

Imagens de simulação que mostram como o triplicar da massa do planeta altera a posição do anel de poeira. A posição do anel pode ser utilizada para determinar a massa do planeta que o origina. Crédito: Amena Faruqi/Universidade de Warwick

Crucialmente, a equipa identificou uma relação matemática simples entre a localização do pico de brilho de um anel e a massa do seu planeta hospedeiro, uma relação que se mantém independentemente do comprimento de onda de observação ou do tamanho dos grãos de poeira que estão a ser observados. Isto implica que os astrónomos podem aplicar o método a observações existentes sem precisarem de conhecimento detalhado das condições do disco.

Para validar a sua abordagem, os investigadores aplicaram o seu método a PDS 70, um dos poucos sistemas onde os planetas foram diretamente fotografados no interior do seu disco. Determinaram uma massa para o planeta PDS 70 c que está em forte concordância com estimativas independentes. Aplicaram também a técnica a cinco discos do recente levantamento exoALMA, prevendo novas estimativas de massa para os planetas que potencialmente se escondem no seu interior.

A coautora, Dra. Jessica Speedie, bolseira de pós-doutoramento no MIT, acrescentou: "Um dos pontos fortes deste trabalho é que não se limita ao domínio da teoria - conseguimos pegar nestes resultados de simulação e aplicá-los diretamente a sistemas reais observados. A utilização do sistema PDS 70 como laboratório de observação, em particular, permitiu uma verificação real da abordagem, dando-nos a confiança de que estes métodos estão genuinamente prontos para serem aplicados amplamente o mais rapidamente possível".

As descobertas abrem novas possibilidades para observações de discos que ajudarão a confirmar a existência de planetas que se suspeita estarem escondidos nos discos, revelarão outros totalmente novos e poderão lançar luz sobre processos que podem ter desempenhado um papel na formação do nosso próprio Sistema Solar.

O coautor sénior, professor Ralph Pudritz, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade McMaster, acrescenta: "Outro resultado notável das simulações é que, em discos típicos, os planetas mais massivos em formação podem reter até vinte vezes a massa da Terra em poeira dentro desses anéis. Isto confirma as observações do ALMA - mas levanta a questão de por que razão não foram detetados novos planetas na poeira e nos seixos retidos no anel. Os nossos resultados sugerem que a poeira é suficientemente abundante e concentrada para potencialmente dar início à formação de planetas. Esta é uma conclusão importante que dará início a novas observações e teorias".

Conhecido como DSHARP (Disk Substructures at High Angular Resolution Project), este "Grande Programa" do ALMA produziu imagens impressionantes e de alta resolução de vinte discos protoplanetários próximos e proporcionou aos astrónomos novas informações sobre a variedade de características que estes contêm e a velocidade com que os planetas podem surgir. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

A coautora sénior, a Dra. Farzana Meru, professora do Departamento de Física da Universidade de Warwick, concluiu: "Este trabalho oferece aos observadores um novo conjunto de ferramentas práticas para relacionar o que vemos nos anéis de poeira diretamente com as massas dos planetas que os criam. O que mais me entusiasma é o momento. Com o ALMA a fornecer imagens cada vez mais detalhadas dos discos e com futuras instalações no horizonte, nunca houve uma melhor altura para desenvolver estes métodos.

"Combinar os nossos diagnósticos baseados na poeira com observações da pressão do gás abrirá uma nova e poderosa janela para os planetas ocultos que moldam estes discos e para os diversos sistemas planetários que eles virão a formar".

// Universidade de Warwick (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)

Quer saber mais?

Discos protoplanetários:
Wikipedia
Formação planetária (Wikipedia)

PDS 70:
ipac
Wikipedia
PDS 70 c (NASA)
PDS 70 c (Exoplanet.eu)

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array):
Página principal
ALMA (NRAO)
ALMA (ESO)
Wikipedia